Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency, RTE)
Der Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency, RTE) ist das als Prozentsatz ausgedrückte Verhältnis der aus einem Energiespeichersystem (ESS) netto entladenen elektrischen Energie zur Brutto-Stromaufnahme, die zum Laden über einen vollständigen Zyklus erforderlich ist, und erfasst dabei die Energieverluste über Batteriezellen, Verkabelung, das bidirektionale Leistungsumwandlungssystem (Power Conversion System, PCS), den Aufwärtstransformator sowie das Thermomanagement.
Wie er gemessen und spezifiziert wird
Der Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency, RTE) wird über einen vollständigen symmetrischen Referenzzyklus (bei dem die Batterie exakt zu ihrem Ausgangs-Ladezustand zurückkehrt) bei einer festgelegten C-Rate (Lade-/Entladerate) und Umgebungstemperatur gemessen und muss stets seine Messgrenze (Bilanzgrenze) angeben:
- DC-zu-DC-Zell- oder Rack-RTE (typischerweise 92 %–95 % für LFP bei 0,5C / 0.5C): Gemessen an den DC-Klemmen von Batteriemodul oder Batterierack; erfasst ausschließlich elektrochemische Überspannungs- und interne Sammelschienen-Widerstandsverluste.
- AC-zu-AC-System-RTE ohne Hilfsbetriebe (typischerweise 88 %–91 %): Gemessen an den Niederspannungs- oder Mittelspannungs-AC-Klemmen des bidirektionalen Leistungsumwandlungssystems (Power Conversion System, PCS); beinhaltet zwei Durchläufe durch die Wechselrichter-IGBT-/SiC-Brücken (Gleichrichtung beim Laden und Wechselrichtung beim Entladen, jeweils rund 96 %–98,5 % / 98.5 % pro Richtung).
- Netto-AC-zu-AC-RTE am Netzverknüpfungspunkt (Point of Common Coupling, PCC) einschließlich Hilfsbetrieben (typischerweise 84 %–88 %): Zieht den Eigenverbrauch (parasitäre Energieverluste) durch Flüssigkeitskühlungs-Kaltwassersätze (Chiller), HLK-Lüfter (HVAC), BMS-Elektronik, Brandmelde-/Löschanlagenzentralen und Aufwärtstransformatoren über einen 24-Stunden-Zyklus ab.
Warum er bei der Beschaffung aus China entscheidend ist
Bei der Prüfung technischer Angebote chinesischer Zell- und BESS-Lieferanten stoßen Einkaufsteams regelmäßig auf Datenblätter, die einen Wirkungsgrad von 94 % oder 95 % ausweisen. Nahezu ausnahmslos beschreibt dieser Wert den DC-seitigen Zellwirkungsgrad bei 0,25C (0.25C) oder 0,5C (0.5C) in einem 25°C-Labor — und nicht den am Netzübergabepunkt der Anlage gemessenen AC-zu-AC-Wirkungsgrad. Wie unter Wie Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) für Batterie- und Speichersysteme modelliert werden erläutert, bestimmen der Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency, RTE) und die Hilfsverbraucher direkt die Ladestromkostenposition sowie die netto gelieferten Kilowattstunden in jedem mehrjährigen Speicher-Cashflow:
- Vollständiger AC-zu-AC-Wirkungsgrad für Container-BESS (87 % RTE): In der TCO-Studie für ein 3 MWh Hafen-Batteriespeichersystem (BESS) in Indien setzt das Modell einen AC-zu-AC-System-Gesamtwirkungsgrad von 87 % bei 0,5C (0.5C) über eine Anlage aus LFP-Container und bidirektionalem Leistungsumwandlungssystem (Power Conversion System, PCS) an. Jede 1,00 kWh (1.00 kWh) Brutto-Zyklusdurchsatz liefert 0,87 kWh (0.87 kWh) Netto-AC-Ausgangsenergie (1.740 kWh/Tag bzw. 1,740 kWh/Tag netto aus 2.000 kWh/Tag bzw. 2,000 kWh/Tag brutto), was die Diskontierten Speicherkosten (LCOS) unmittelbar prägt.
- DC- und gekoppelter Wirkungsgrad von Batterierack/Schrank (92 % RTE): In der TCO-Studie für ein 3 MWh Krankenhaus-Energiespeichersystem (ESS) im Nahen Osten & Afrika (unter Bezugnahme auf DC-Blöcke vom Typ CATL EnerC und BYD MC Cube mit 93 %–95 % Nenn-DC-RTE) verwendet das Finanzmodell eine abgegrenzte Annahme von 92 % Gesamtwirkungsgrad, sodass jährlich 1.013.587 kWh (1,013,587 kWh) Netzladeenergie erforderlich sind, um im Jahr 1 eine Entladeenergie von 930.750 kWh (930,750 kWh) bereitzustellen.
- Unmittelbarer Einfluss auf die Arbitragemarge: In der TCO-Studie für einen 100 kWh Batteriespeicher eines südafrikanischen Museums reduziert ein Gesamtwirkungsgrad von 92 % bei einem täglichen 90-kWh-Zyklus (90 % Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD)) die netto abgegebene AC-Energie auf 82,8 kWh/Tag (82.8 kWh/Tag) bzw. 24.840 kWh/Jahr (24,840 kWh/Jahr über 300 Zyklen), während 27.000 kWh/Jahr (27,000 kWh/Jahr) an Ladeenergie benötigt werden — dies verdeutlicht, wie ein Energieverlust von 8 % über den Lade-/Entladezyklus nahezu die gesamte Brutto-Preisdifferenz in einem Zeitabhängigen Stromtarif (Time-of-Use-Tarif, TOU-Tarif) aufzehrt, wenn Schwachlast- und Spitzenlasttarife eng beieinanderliegen.
Was Sie vor der Beschaffung bestätigen sollten
- Verlangen Sie vom chinesischen Lieferanten die eindeutige Angabe, ob der angegebene Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency, RTE) DC-zu-DC am Batterierack oder AC-zu-AC an den Ausgangsklemmen des Leistungsumwandlungssystems (Power Conversion System, PCS) und bei welcher C-Rate (Lade-/Entladerate) (0,25C / 0.25C, 0,5C / 0.5C oder 1C) gemessen wurde.
- Fordern Sie eine separate Aufstellung des Eigenverbrauchs der Hilfsbetriebe (in kWh/Tag bei 25°C, 35°C und 45°C Umgebungstemperatur) für den Flüssigkeitskühlungs-Kaltwassersatz (Chiller) oder die HLK-Einheit (HVAC) des Containers an.
- Berücksichtigen Sie bei der Modellierung der jährlichen Ladestromkosten und der Diskontierten Speicherkosten (LCOS) sowohl die PCS-Umwandlungsverluste als auch den Eigenverbrauch von Chiller/HLK.